以氧化铝、氮化铝、氮化硅为主流的陶瓷基板是当下电子封装领域不可或缺的基础材料，它们既是芯片和阻容元件的承载体，实现导电和互连的功能，也是芯片的保护体，发挥着抵御服役环境应力冲击及湿热腐蚀的作用。其具有的与芯片热膨胀系数匹配、耐高温、耐腐蚀、散热能力强、介电常数小、化学性质稳定、结构致密、绝缘性好、成本低廉、适合大规模生产等优点，在快速发展的高可靠电子封装领域有着进一步提升适应性的潜力。

依据生产工艺的不同，陶瓷基板有着众多种类，包括直接键合铜陶瓷基板(DBC)、直接电镀铜陶瓷基板(DPC)、高温共烧陶瓷基板(HTCC)、低温共烧陶瓷基板(LTCC)等。

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其中导电浆料是将电路印刷于陶瓷基板上的关键材料，在集成电路和射频电路方面应用较多的厚膜陶瓷基板主要有Au、Ag、W、Mo等导体浆料体系，而在光电器件、功率器件领域大量使用的DBC和DPC基板多是直接采用Cu导体；陶瓷管壳制备以HTCC为主流，通过印刷W、Mo等高温导电浆料作为导体。

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美中不足的是，这些这些导体在空气中容易氧化，使其润湿性和可焊性变差。而在航空航天、兵器船舶、5G通信、卫星导航等高精尖领域，对电子元器件可靠性的要求极高，因此需要对印刷有导电浆料的陶瓷基板表面进行修饰，形成避免表面导体氧化的屏障层，同时提供一个可供芯片、键合丝焊接的界面。

金属化后的氧化铝基板

目前，电子封装基板一般通过沉积化学性质稳定的贵金属Au来修饰表面导体，主要采用化学镀镍/浸金(ENIG)和化学镀镍/钯/浸金(ENEPIG)这两种工艺。

两种常用的基板表面镀金修饰技术

1.ENIG工艺

ENIG工艺是先在Cu焊盘上化学镀Ni，再通过置换反应在Ni层表面获得一层Au，具有抗氧化性好、存储时间久、平整度高等优点，其工艺流程为：清洗→酸洗→微蚀→活化→化学镀Ni→浸Au。

由于焊盘基材是Cu，表面极易形成不导电的氧化膜，不仅影响导电性，而且不利于化学镀Ni，通过清洗、酸洗步骤初步处理铜焊盘表面，提高表面一致性及润湿性；微蚀粗化铜表面有利于提高后续Ni层的附着力，活化则形成具有催化还原作用的钯晶体层，再进行化学镀Ni到所需厚度；而在化学浸Au过程中，金属镍与溶液中的金离子发生置换反应，Au取代部分Ni而沉积在Ni层表面，直到表层Ni完全被Au取代。

化学镀镍浸金表面处理

高可靠器件一般要求Ni层厚度大于5 μm，为了避免焊接时出现“金脆”现象，作为焊盘的镀Au层往往控制得很薄（一般为0.03 ~ 0.15μm）。为了抵抗外界服役环境对金属导体的氧化和腐蚀，一些高可靠性的陶瓷管壳（如三维陶瓷基板）通常对暴露在环境中的金属区域采用较厚的Ni/Au镀层，甚至采用Ni/Au/Ni/Au多层体系，从而达到良好的防腐蚀效果和防底层金属扩散效果。然而镀层并非越厚越好，必须保证化学镀Ni/Au后的线宽和线距都大于60 µm，否则Ni会发生严重交联。

三维基板封装陶瓷管壳

2.ENEPIG 工艺

在上述ENIG工艺中，由于镀Au层很薄，会出现Ni底层在高温作用下沿着Au的晶界加速向Au层表面扩散，氧化生成NiO而使焊盘变色的现象。为了克服 ENIG工艺存在的黑焊盘问题，逐渐发展出ENEPIG工艺，即化学镀镍/钯/浸金工艺，简称镍钯金工艺，其工艺流程为：清洗→酸洗→微蚀→活化→化学镀Ni→清洗→化学镀Pd→清洗→浸Au。

在ENEPIG工艺中，浸Au的置换反应由ENIG工艺中的Au取代Ni转变为由Au取代Pd，镀Pd工艺的原理与镀Ni工艺相近。

与ENIG工艺相比，ENEPIG工艺作为焊盘表面修饰工艺具有以下诸多优势：

（1）省Au

在Ni和Au层之间插入Pd层能够降低Au层的厚度，不仅节约成本，还能避免厚Au焊盘带来的“金脆”问题，提高焊盘可焊性。同时，增大Pd层厚度可提高焊盘的表面润湿性，减小金属间化合物应力，提高焊接可靠性和力学性能。

（2）防止Ni过氧化

ENIG工艺中的黑焊盘问题不容忽视，尤其在高可靠大规模集成电路中，若基板拥有1000个以上的高密度焊盘，即使发生黑焊盘现象的概率较低，也会对整个器件产生致命的影响。在Ni层表面镀Pd可以避免浸Au过程中镀液对Ni晶界的过氧化侵蚀。

（3）阻止Cu/Ni迁移

Pd作为额外的阻挡层，本身化学性质稳定，在400℃以下难以被氧化，化学镀Pd层均匀、致密，可抑制Cu导体和Ni层向Au层表面的热扩散。在后续器件制造和服役过程中，在高温下能够提供一个更稳定的界面。

两种工艺镀层的微观结构

两种工艺镀层的常用镀层厚度范围

总结

采用贵金属Au来修饰表面导体是行业内常用的提高金属化陶瓷基板可靠性的方法，然而两种工艺在控制不当时也仍会出现腐蚀现象：

（1）导致Ni/Au镀层腐蚀主要有Ni/Au 扩散、杂质腐蚀等因素，提高镀Au层致密度，以及减少Ni向焊盘表面扩散是抑制变色的最根本途径。有效手段包括优化抛光研磨技术、发展新型封孔剂、开发新的半置换半还原金技术及研发Ni基合金底层。

（2）Ni/Pd/Au镀层的腐蚀主要由Au层缺陷、镀层剥离、有机污染等原因导致。提高焊盘表面镀层品质，同时预防人为损伤，是防止腐蚀的有效措施；提升基材表面活性，有利于提高底镀层与基材之间的结合强度，避免镀层剥离；有机污染的危害相对较小，一般加强清洗即可。

参考来源：

1.电子封装陶瓷基板表面镀金修饰与腐蚀机理，赵鹤然、曹丽华、陈明祥、康敏、吕锐、王卿（电镀与涂饰）；

2.陶瓷基板研究现状及新进展，陆琪、刘英坤、乔志壮（半导体技术）；

3.化学镀镍镀钯浸金表面处理工艺概述及发展前景分析，郑莎、欧植夫、翟青霞（印制电路信息）；

4.高精度陶瓷基板化学镀多层膜技术研究，吴晓霞、胡江华（电子工艺技术）。

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